RU2379408C1

RU2379408C1 - Device to determine coefficient of adhesion between vehicle wheels and road or airfield covering

Info

Publication number: RU2379408C1
Application number: RU2008122802/03A
Authority: RU
Inventors: Владимир Иванович Кычкин (RU); Владимир Иванович Кычкин; Константин Георгиевич Пугин (RU); Константин Георгиевич Пугин; Алексей Владимирович Кычкин (RU); Алексей Владимирович Кычкин
Priority date: 2008-06-05
Filing date: 2008-06-05
Publication date: 2010-01-20

Abstract

FIELD: transport.

SUBSTANCE: invention relates to appliances designed to check up coefficient of adhesion between wheels and road covering and can be used in investigating road accidents and abnormal aircraft landing conditions. Proposed device comprises trailer with measuring wheels fitted on two semi-axles to run thereon, wheel rpm metres with their outputs connected to recording unit input, braking system representing an electromagnetic powder coupling. The latter has its rotating element coupled with measuring wheel semi-axle and its magnetisation coil mounted on aforesaid trailer and connected with aforesaid recording unit. Proposed wheel differs from known designs in that a shaft is linked to measuring wheel semi-axle to support torque transducer connected with rotary element of aforesaid electromagnetic powder coupling, and that the signal from torque transducer is sent to aforesaid recording unit.

EFFECT: higher accuracy and validity of adhesion estimation.

1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам для оперативного контроля коэффициента сцепления колеса с сооружаемыми и эксплуатируемыми дорогами и аэродромами с твердым покрытием и может быть использовано при расследовании дорожно-транспортных происшествий и нештатных ситуаций приземления воздушных судов.The invention relates to a device for the operational control of the coefficient of adhesion of a wheel to paved and constructed roads and airfields and can be used in the investigation of traffic accidents and emergency situations of aircraft landing.

Известна передвижная установка ПКРС-2У в составе диагностической лаборатории КП-514МП, состоящая из прицепа с установленным на нем с помощью параллелограмма измерительного колеса, дополнительного груза, емкости с водой, тормозящей системы и измерительной системы. Измерительная система состоит из датчика линейных перемещений модели 19500, регистрирующего прогиб металлической пластины под действием на нее усилий от заторможенного измерительного колеса в режиме блокировки (см. ГОСТ 30413-96 «Метод определения коэффициента сцепления колеса автомобиля с дорожным покрытием»).Known mobile installation PKRS-2U as part of the diagnostic laboratory KP-514MP, consisting of a trailer mounted on it with the help of a parallelogram measuring wheel, additional load, water tank, braking system and measuring system. The measuring system consists of a linear displacement sensor model 19500, which records the deflection of a metal plate under the action of forces from a braked measuring wheel in the locking mode (see GOST 30413-96 “Method for determining the coefficient of adhesion of a car wheel to a road surface”).

Недостатками известной установки являются низкая точность и недостаточная достоверность измерений, вследствие того, что оценка коэффициента сцепления осуществляется не прямым измерением. Кроме того, на оценку влияют факторы состояния поверхности движения (геометрия, уклоны) и состояние измерительных средств (пластина, датчик перемещений). Установка эффективна только при измерениях на ровных поверхностях, что обуславливает его ограниченные технологические возможности особенно на участках дорог с различными уклонами. The disadvantages of the known installation are low accuracy and lack of reliability of the measurements, due to the fact that the assessment of the coefficient of adhesion is not a direct measurement. In addition, the assessment is influenced by factors of the state of the motion surface (geometry, slopes) and the state of the measuring means (plate, displacement sensor). The installation is effective only when measuring on flat surfaces, which leads to its limited technological capabilities, especially on road sections with different slopes.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является устройство для определения коэффициента сцепления колеса с дорожным покрытием, включающее прицеп с установленными на двух полуосях двумя колесами, тормозящую систему, блок регистрации, связанные с соответствующими полуосями прицепа первый и второй датчики пути, выходы которых соединены с входом блока регистрации. Тормозящая система выполнена в виде имеющей неподвижную электрическую катушку электромагнитной порошковой муфты (ЭПМ), вращающийся элемент которой закреплен на полуоси тормозимого колеса, а неподвижная часть - на прицепе, при этом устройство дополнительно снабжено соединенным с неподвижной электрической катушкой муфты блоком задания тормозящего момента, на который передается сигнал управления с датчика пути свободно катящегося колеса (см. патент РФ №2211891 от 10.09.2003 г.). Устройство позволяет определить коэффициент сцепления колеса транспортного средства с дорожным и аэродромным покрытием путем измерения расстояний, пройденных колесами одноосного прицепа при моменте сопротивления вращению одного из колес выше момента сопротивления вращению другого колеса. Момент сопротивления создается за счет использования ЭПМ в системе торможения устройства.The closest device of the same purpose to the claimed invention in terms of features is a device for determining the coefficient of adhesion of a wheel with a road surface, including a trailer with two wheels mounted on two axles, a braking system, a registration unit, the first and second track sensors connected to the corresponding axles of the trailer, the outputs of which are connected to the input of the registration unit. The braking system is made in the form of an electromagnetic powder clutch (EPM) having a fixed electric coil, the rotating element of which is fixed to the axle shaft of the brake wheel, and the fixed part is mounted on a trailer, while the device is additionally equipped with a braking torque setting unit connected to the fixed electric coil of the clutch, onto which a control signal is transmitted from the track sensor of the freely rolling wheel (see RF patent No. 2211891 of 09/10/2003). The device allows you to determine the coefficient of adhesion of a vehicle’s wheel with a road and airfield coating by measuring the distances traveled by the wheels of a uniaxial trailer when the moment of resistance to rotation of one of the wheels is higher than the moment of resistance to rotation of the other wheel. The moment of resistance is created through the use of EPM in the braking system of the device.

Признаки прототипа, являющиеся общими с заявляемым изобретением, - прицеп с установленными на двух полуосях измерительным и свободно катящимся колесами, датчики чисел оборотов колес, выходы которых соединены с входом блока регистрации, тормозящая система, выполненная в виде электромагнитной порошковой муфты, вращающий элемент которой связан с полуосью измерительного колеса, а катушка намагничивания установлена на прицепе и соединена с блоком регистрации.Signs of the prototype, which are common with the claimed invention, are a trailer with measuring and freely rolling wheels mounted on two axles, wheel speed sensors, the outputs of which are connected to the input of the registration unit, a braking system made in the form of an electromagnetic powder clutch, the rotating element of which is connected with semi-axis of the measuring wheel, and the magnetizing coil is mounted on the trailer and connected to the registration unit.

Недостатком известного устройства, принятого за прототип, является неточность в определении коэффициента сцепления, обусловленная тем, что измеряемые параметры (длины пути, пройденные колесами) не являются величинами, непосредственно определяющими коэффициент сцепления, а являются косвенными параметрами сцепных качеств дорожной поверхности с колесом транспортного средства. Кроме того, внешние факторы (наличие колеи, криволинейные участки дороги, волны дорожной поверхности, выбоины) приводят к потере точности измерения и ухудшают динамические характеристики измерительного устройства.A disadvantage of the known device adopted for the prototype is the inaccuracy in determining the coefficient of adhesion, due to the fact that the measured parameters (path lengths traveled by the wheels) are not values directly determining the coefficient of adhesion, but are indirect parameters of the coupling qualities of the road surface with the vehicle wheel. In addition, external factors (the presence of a track, curved sections of the road, waves of the road surface, potholes) lead to a loss of measurement accuracy and impair the dynamic characteristics of the measuring device.

Задачей изобретения является повышение точности и достоверности оценки сцепных качеств колеса транспортного средства с дорожным и аэродромным покрытием при различных условиях состояния покрытия и скорости движения устройства.The objective of the invention is to improve the accuracy and reliability of the assessment of the coupling properties of a vehicle wheel with road and airfield coating under various conditions of the state of coverage and speed of movement of the device.

Поставленная задача решается за счет того, что в устройстве для определения коэффициента сцепления колеса транспортного средства с дорожным и аэродромным покрытием, включающем прицеп с установленными на двух полуосях измерительным и свободно катящимся колесами, датчики чисел оборотов колес, выходы которых соединены с входом блока регистрации, тормозящую систему, выполненную в виде электромагнитной порошковой муфты, вращающий элемент которой связан с полуосью измерительного колеса, а катушка намагничивания установлена на прицепе и соединена с блоком регистрации, к полуоси измерительного колеса подсоединен вал, на котором установлен датчик крутящего момента, соединенный с вращающим элементом ЭПМ, а сигнал с датчика крутящего момента передается на блок регистрации.The problem is solved due to the fact that in the device for determining the coefficient of adhesion of a vehicle’s wheel with a road and airfield coating, including a trailer with measuring and freely rolling wheels mounted on two axles, wheel speed sensors, the outputs of which are connected to the input of the registration unit, inhibits a system made in the form of an electromagnetic powder clutch, the rotating element of which is connected to the semiaxis of the measuring wheel, and the magnetizing coil is mounted on a trailer and with one with the recording unit, for measuring wheel connected semiaxis shaft on which is mounted a torque sensor coupled to the rotating element EPM, and the signal from the torque sensor is transmitted to the recording unit.

Признаки предлагаемого устройства, отличительные от прототипа, - наличие вала, соединенного с полуосью измерительного колеса; наличие датчика крутящего момента, установленного на валу измерительного колеса и соединенного с вращающим элементом ЭПМ, сигнал с датчика крутящего момента передается на блок регистрации.Signs of the proposed device, distinctive from the prototype, is the presence of a shaft connected to the semiaxis of the measuring wheel; the presence of a torque sensor mounted on the shaft of the measuring wheel and connected to the rotating element of the EPM, the signal from the torque sensor is transmitted to the registration unit.

Отличительные признаки в совокупности с известными повышают точность и достоверность оценки сцепных качеств колеса транспортного средства с дорожным и аэродромным покрытием при различных условиях состояния покрытия и скорости движения устройства.Distinctive features, together with the known ones, increase the accuracy and reliability of evaluating the coupling properties of a vehicle wheel with a road and airfield coating under various conditions of the coating condition and the speed of the device.

На фиг.1 изображен общий вид устройства для определения коэффициента сцепления колеса транспортного средства с дорожным и аэродромным покрытием.Figure 1 shows a General view of a device for determining the coefficient of adhesion of a vehicle wheel with a road and airfield coating.

На фиг.2 показана схема взаимосвязей элементов устройства.Figure 2 shows a diagram of the relationship of the elements of the device.

Устройство для определения коэффициента сцепления колеса транспортного средства с дорожным и аэродромным покрытием содержит прицеп 1 с установленными на двух полуосях 2 и 3 с помощью подшипниковых опор 4 измерительным 5 и свободно катящимся 6 колесами. Обороты колес контролируются с помощью датчиков чисел оборотов 7 и 8. К полуоси 2 измерительного колеса 5 подсоединен вал 9. На валу 9 установлен датчик крутящего момента 10. Датчик крутящего момента 10 соединен с вращающимся элементом электромагнитной порошковой муфты 11. Сигнал с датчика крутящего момента 10 поступает на вход блока регистрации 12. ЭПМ 11 представляет собой тормозное устройство, катушка намагничивания которого соединена с блоком регистрации 12 и установлена на прицепе 1. При подаче электрического сигнала на катушку намагничивания происходит блокировка измерительного 5 колеса, переводя его в режим скольжения. Блок регистрации 12 содержит два параллельно соединенных блока усреднения 13 и 14, блок вычитания 15 и блок управления 16 ЭПМ. При этом выходы блоков усреднения 13 и 14 подключены к входам блока вычитания 15, а выход блока вычитания 15 соединен с входом блока управления 16 ЭПМ. С выхода блока регистрации 12 сигнал поступает на блок индикации 17. Дополнительный груз 18, размещенный на прицепе 1, обеспечивает нормальную нагрузку на измерительное колесо 5.A device for determining the coefficient of adhesion of a vehicle’s wheel with a road and airfield coating contains a trailer 1 with two measuring axles mounted on two axles 2 and 3, with measuring bearings 5 and freely rolling 6 wheels. Wheel turns are controlled by speed sensors 7 and 8. A shaft 9 is connected to the axle shaft 2 of the measuring wheel 5. A torque sensor 10 is installed on the shaft 9. A torque sensor 10 is connected to a rotating element of the electromagnetic powder clutch 11. A signal from the torque sensor 10 enters the input of the registration unit 12. EPM 11 is a braking device, the magnetizing coil of which is connected to the registration unit 12 and mounted on the trailer 1. When an electrical signal is applied to the magnetization coil 5 is blocked measuring wheel, translating it into the sliding mode. The registration unit 12 contains two parallel-connected averaging units 13 and 14, a subtraction unit 15, and an EPM control unit 16. The outputs of the averaging blocks 13 and 14 are connected to the inputs of the subtraction block 15, and the output of the subtraction block 15 is connected to the input of the control unit 16 of the EPM. From the output of the registration unit 12, the signal enters the display unit 17. An additional load 18, placed on the trailer 1, provides a normal load on the measuring wheel 5.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Стоящее на месте устройство нагружают дополнительным грузом 18 на прицепе 1 из расчета 50-60 Н/см² на площадь контакта измерительного колеса 5 с дорожным покрытием при давлении в колесе 0.2 МПа, что соответствует удельной нагрузке колеса на дорожное покрытие в реальных условиях. Устройство сцепляют жестко с автомобилем, который осуществляет его транспортировку с постоянной заданной скоростью по участку дороги или взлетно-посадочной полосе аэродрома с целью измерения коэффициента сцепления.Standing in place, the device is loaded with additional load 18 on the trailer 1 at a rate of 50-60 N / cm ² on the contact area of the measuring wheel 5 with the road surface at a wheel pressure of 0.2 MPa, which corresponds to the specific wheel load on the road surface in real conditions. The device is rigidly coupled to a vehicle that carries it at a constant predetermined speed along a section of the road or the runway of the airfield to measure the coefficient of adhesion.

Увлажняют поверхность дорожного покрытия из расчета 1±0.2 л/м², на котором необходимо произвести замеры коэффициента сцепления (в дальнейшем увлажнение поверхности осуществляется непрерывно во время движения и измерения коэффициента сцепления).Moisturize the surface of the road surface at the rate of 1 ± 0.2 l / m ² , on which it is necessary to measure the adhesion coefficient (in the future, the surface is moistened continuously while driving and measuring the adhesion coefficient).

При движении устройства в ведомом режиме по поверхности движения датчики чисел оборотов 7 и 8 генерируют электрические сигналы, пропорциональные числу оборотов обоих колес 5 и 6. В блоках усреднения 13 и 14 производится вычисление средних значений этих сигналов за фиксированный промежуток времени или за пройденный фиксированный участок поверхности движения. По окончании усреднения блоки усреднения 13 и 14 передают на свои выводы средние значения чисел оборотов, которые поступают на вход блока вычитания 15. Блок вычитания 15 определяет разность поступающих на его входы сигналов, соответствующих числам оборотов колес. С поступлением сигнала на торможение колеса 5 с блока управления 16 ЭПМ, блок вычитания 15 устанавливает разность чисел оборотов колес до достижения этой разности, равной числу оборотов свободно катящегося колеса 6. При этом вал 9, соединяющий измерительное колесо 5 и вращающуюся часть ЭПМ 11, закручивается моментом, пропорциональным касательному усилию в зоне контакта измерительного колеса 5 и поверхности движения. Крутящий момент измеряется датчиком крутящего момента 10 (моментомером). Сигнал с датчика крутящего момента 10 поступает на вход блока регистрации 12 и является величиной, пропорциональной касательному усилию в зоне контакта колеса и поверхности движения, то есть М_кр=a·ƒ(T),When the device moves in slave mode along the movement surface, the speed sensors 7 and 8 generate electrical signals proportional to the speed of both wheels 5 and 6. In the averaging blocks 13 and 14, the average values of these signals are calculated for a fixed period of time or for a fixed fixed surface area movement. At the end of the averaging, the averaging blocks 13 and 14 transmit to their conclusions the average values of the speed numbers that are input to the subtraction unit 15. The subtraction unit 15 determines the difference of the signals arriving at its inputs corresponding to the wheel speed. With the signal to brake the wheel 5 from the control unit 16 of the EPM, the subtraction unit 15 sets the difference in the number of revolutions of the wheels to achieve this difference, equal to the number of revolutions of the freely rolling wheel 6. In this case, the shaft 9 connecting the measuring wheel 5 and the rotating part of the EPM 11 is twisted a moment proportional to the tangential force in the contact zone of the measuring wheel 5 and the motion surface. Torque is measured by a torque sensor 10 (moment meter). The signal from the torque sensor 10 is fed to the input of the registration unit 12 and is a value proportional to the tangential force in the contact zone of the wheel and the movement surface, that is, M _cr = a · ƒ (T),

где М_кр - крутящий момент;where M _cr - torque;

а - коэффициент пропорциональности;a is the coefficient of proportionality;

где f(Т) - функция касательного усилия.where f (T) is the tangent force function.

Коэффициент сцепления определяется как коэффициент трения скольжения при радиусе измерительного колеса r_к по соотношению:Cohesion coefficient is defined as the coefficient of sliding friction with the radius of the measuring wheel r _to the ratio:

_,

где ƒ(T) - функция касательного усилия;where ƒ (T) is the tangent force function;

r_к - радиус измерительного колеса;r _to - the radius of the measuring wheel;

N - нормальная нагрузка на колесо.N is the normal load on the wheel.

Чем меньше коэффициент сцепления, тем меньший крутящий момент будет фиксировать датчик крутящего момента 10. Это соответствует рекомендациям ГОСТ 30413-96 "Метод определения коэффициента сцепления колеса автомобиля с дорожным покрытием".The lower the coefficient of adhesion, the lower the torque will be recorded by the torque sensor 10. This corresponds to the recommendations of GOST 30413-96 "Method for determining the coefficient of adhesion of a car wheel with a road surface".

С выхода блока регистрации 12 сигнал поступает на блок индикации 17 в удобной форме, например, цифровой. Данный результат будет отображаться до окончания цикла усреднения сигналов с датчиков чисел оборотов колес 7 и 8. Закон управления ЭПМ 11 определяется временем намагничивания катушки ЭПМ 11 до полной блокировки измерительного колеса 5 и с учетом постоянной времени ЭПМ 11 может соответствовать режиму "экстренное торможение".From the output of the registration unit 12, the signal enters the display unit 17 in a convenient form, for example, digital. This result will be displayed until the end of the averaging cycle of signals from the wheel speed sensors 7 and 8. The EPM control law 11 is determined by the magnetization time of the EPM coil 11 until the measuring wheel 5 is completely locked and, taking into account the time constant of the EPM 11, it can correspond to the emergency braking mode.

Информация с датчика оборотов 8 свободно катящегося колеса 6 может быть использована для привязки измеряемого коэффициента сцепления к пикетажу поверхности движения.Information from the speed sensor 8 of the freely rolling wheel 6 can be used to link the measured coefficient of adhesion to the picket surface movement.

Для получения достоверных данных о величине измеряемого коэффициента сцепления перед началом использования устройства экспериментальным путем устанавливают зависимость величины сигнала датчика крутящего момента 10 от величины коэффициента сцепления с учетом скорости движения на базисных участках поверхности движения с известным коэффициентом сцепления. По результатам испытаний устанавливают зависимость φ=ƒ(M_кр),To obtain reliable data on the magnitude of the measured coefficient of adhesion before using the device experimentally, the dependence of the magnitude of the signal of the torque sensor 10 on the magnitude of the coefficient of adhesion is determined taking into account the speed on the basic sections of the motion surface with a known coefficient of adhesion. According to the test results establish the dependence φ = ƒ (M _cr ),

где φ - коэффициент сцепления;where φ is the coefficient of adhesion;

ƒ(M_кp) - функция измеряемого крутящего момента.ƒ (M _kp ) - function of the measured torque.

Предлагаемое устройство за счет измерения крутящего момента, возникающего на валу измерительного колеса от действия силы сцепления колеса и поверхности движения при полной блокировке колеса, позволяет повысить точность и достоверность оценки сцепных качеств колеса транспортного средства с дорожным и аэродромным покрытием при различных условиях состояния покрытия и скорости движения устройства.The proposed device by measuring the torque that occurs on the shaft of the measuring wheel from the action of the adhesion force of the wheel and the surface of the movement when the wheel is completely locked, improves the accuracy and reliability of the assessment of the coupling properties of a vehicle wheel with a road and airfield coating under various conditions of the coating condition and speed devices.

Claims

A device for determining the coefficient of adhesion of a vehicle’s wheel with a road and airfield coating, including a trailer with measuring and freely rolling wheels mounted on two axles, wheel speed sensors, the outputs of which are connected to the input of the registration unit, a braking system made in the form of an electromagnetic powder clutch, the rotating element of which is connected with the semiaxis of the measuring wheel, and the magnetization coil is mounted on the trailer and connected to the registration unit, characterized in that a shaft is attached to the semiaxis of the measuring wheel, on which a torque sensor is mounted, connected to a rotating element of the electromagnetic powder clutch, and the signal from the torque sensor is transmitted to the registration unit.